基本数据结构:栈-队列-双向队列

栈

概念

　　栈（有时称为“后进先出栈”）是一个元素的有序集合，其中添加移除新元素总发生在同一端。这一端通常称为“顶部”。与顶部对应的端称为“底部”。栈的底部很重要，因为在栈中靠近底部的元素是存储时间最长的。最近添加的元素是最先会被移除的。这种排序原则有时被称为 LIFO，后进先出。它基于在集合内的时间长度做排序。较新的项靠近顶部，较旧的项靠近底部。

　　栈的例子很常见。几乎所有的自助餐厅都有一堆托盘或盘子，你从顶部拿一个，就会有一个新的托盘给下一个客人。想象桌上有一堆书, 只有顶部的那本书封面可见，要看到其他书的封面，只有先移除他们上面的书。下图展示了另一个栈，包含了很多 Python 对象

栈的分析与应用：

分析

　　和栈相关的最有用的想法之一来自对它的观察。假设从一个干净的桌面开始，现在把书一本本叠起来，你在构造一个栈。考虑下移除一本书会发生什么。移除的顺序跟刚刚被放置的顺序相反。栈之所以重要是因为它能反转项的顺序。插入跟删除顺序相反。

应用

　　每个 web 浏览器都有一个返回按钮。当你浏览网页时，这些网页被放置在一个栈中（实际是网页的网址）。你现在查看的网页在顶部，你第一个查看的网页在底部。如果按‘返回’按钮，将按相反的顺序浏览刚才的页面。

Python实现栈

 栈的抽象数据类型定义：栈的抽象数据类型应该由以下结构和操作定义。栈操作如下：

• Stack() 创建一个空的新栈。 它不需要参数，并返回一个空栈。
• push(item)将一个新项添加到栈的顶部。它需要 item 做参数并不返回任何内容。
• pop() 从栈中删除顶部项。它不需要参数并返回 item 。栈被修改。
• peek() 从栈返回顶部项，但不会删除它。不需要参数。 不修改栈。
• isEmpty() 测试栈是否为空。不需要参数，并返回布尔值。
• size() 返回栈中的 item 数量。不需要参数，并返回一个整数。

　　代码实现：Python 中的列表类提供了有序集合机制和一组方法。例如，如果我们有列表 [2,5,3,6,7,4]，我们只需要确定列表的哪一端将被认为是栈的顶部。一旦确定，可以使用诸如 append 和 pop 的列表方法来实现操作。

class Stack:
    def __init__(self):
        self.items = []
    def isEmpty(self):
        return self.items == []
    def push(self,item):
        self.items.append(item)
    def pop(self):
        if self.isEmpty():
            return '空'
        else:
            return self.items.pop()
    def peek(self):
        return self.items[-1]
    def size(self):
        return len(self.items)

stack = Stack()
stack.push(1)
stack.push(2)
stack.push(3)

print(stack.pop())
print(stack.pop())
print(stack.peek())
print(stack.pop())
print(stack.pop())
print(stack.size())

模拟浏览器回退按钮

class Stack:
    def __init__(self):
        self.items = []
    def isEmpty(self):
        return self.items == []
    def push(self,item):
        self.items.append(item)
    def pop(self):
        if self.isEmpty():
            return '空'
        else:
            return self.items.pop()
    def peek(self):
        return self.items[-1]
    def size(self):
        return len(self.items)


s = Stack()
def getRequest(url):
    s.push(url)
def showCurrenPage():
    print(s.pop())
def back():
    return s.pop()

getRequest('www.1.com')
getRequest('www.2.com')
getRequest('www.3.com')
showCurrenPage()
print(back())
print(back())

队列

概念

　　队列是项的有序结合，其中添加新项的一端称为队尾，移除项的一端称为队首。当一个元素从队尾进入队列时，一直向队首移动，直到它成为下一个需要移除的元素为止。最近添加的元素必须在队尾等待。集合中存活时间最长的元素在队首，这种排序成为 FIFO，先进先出，也被成为先到先得

案例

　　队列的最简单的例子是我们平时不时会参与的列。排队等待电影，在杂货店的收营台等待，在自助餐厅排队等待。行为良好的线或队列是有限制的，因为它只有一条路，只有一条出路。不能插队，也不能离开。你只有等待了一定的时间才能到前面

 

队列的应用

　　我们的计算机实验室有 30 台计算机与一台打印机联网。当学生想要打印时，他们的打印任务与正在等待的所有其他打印任务“一致”。第一个进入的任务是先完成。如果你是最后一个，你必须等待你前面的所有其他任务打印.

　　除了打印队列，操作系统使用多个不同的队列来控制计算机内的进程。下一步做什么的调度通常基于尽可能快地执行程序和尽可能多的服务用户的排队算法。此外，当我们敲击键盘时，有时屏幕上出现的字符会延迟。这是由于计算机在那一刻做其他工作。按键的内容被放置在类似队列的缓冲器中，使得它们最终可以以正确的顺序显示在屏幕上。

Python实现队列

队列的抽象数据类型定义：队列的抽象数据类型应该由以下结构和操作定义。队列操作如下

• Queue() 创建一个空的新队列。 它不需要参数，并返回一个空队列。
• enqueue(item) 将新项添加到队尾。 它需要 item 作为参数，并不返回任何内容。
• dequeue() 从队首移除项。它不需要参数并返回 item。 队列被修改。
• isEmpty() 查看队列是否为空。它不需要参数，并返回布尔值。
• size() 返回队列中的项数。它不需要参数，并返回一个整数。

class Queue:
    def __init__(self):
        self.items = []
    def isEmpty(self):
        return self.items == []
    def enqueue(self,item):
        self.items.insert(0,item)
    def dequeue(self):
        if self.isEmpty():
            return '空'
        else:
            return self.items.pop()
    def size(self):
        return len(self.items)

q = Queue()
q.enqueue(1)
q.enqueue(2)
q.enqueue(3)

print(q.dequeue())
print(q.dequeue())
print(q.size())
print(q.dequeue())
print(q.dequeue())

烫手山芋

　　烫手山芋游戏介绍：6个孩子围城一个圈，排列顺序孩子们自己指定。第一个孩子手里有一个烫手的山芋，需要在计时器计时1秒后将山芋传递给下一个孩子，依次类推。规则是，在计时器每计时7秒时，手里有山芋的孩子退出游戏。该游戏直到剩下一个孩子时结束，最后剩下的孩子获胜。请使用队列实现该游戏策略，排在第几个位置最终会获胜。

　　 这个游戏相当于著名的约瑟夫问题，一个一世纪著名历史学家弗拉维奥·约瑟夫斯的传奇故事。故事讲的是，他和他的 39 个战友被罗马军队包围在洞中。他们决定宁愿死，也不成为罗马人的奴隶。他们围成一个圈，其中一人被指定为第一个人，顺时针报数到第七人，就将他杀死。约瑟夫斯是一个成功的数学家，他立即想出了应该坐到哪才能成为最后一人。

分析:

　　为了模拟这个圈，我们可以使用队列。假设游戏开始时，排在队列中的第一个（队首）的孩子手里拿着山芋。游戏开始后，拿着山芋的孩子出队列然后再入队列，将山芋传递给下一个孩子。每当山芋到队首孩子手里后，队首的孩子先出队列再入队列，一次类推。当传递六次后，手里有山芋的孩子淘汰，游戏继续，继续传递山芋。

class Stack:
    def __init__(self):
        self.items = []
    def isEmpty(self):
        return self.items == []
    def push(self,item):
        self.items.append(item)
    def pop(self):
        if self.isEmpty():
            return '空'
        else:
            return self.items.pop()
    def peek(self):
        return self.items[-1]
    def size(self):
        return len(self.items)

class Queue:
    def __init__(self):
        self.items = []
    def isEmpty(self):
        return self.items == []
    def enqueue(self,item):
        self.items.insert(0,item)
    def dequeue(self):
        if self.isEmpty():
            return '空'
        else:
            return self.items.pop()
    def size(self):
        return len(self.items)


def hotPotato(namelist,num):
    simqueue = Queue()
    for name in namelist:
        simqueue.enqueue(name)
    while simqueue.size() >1:
        for i in range(num):
            kid = simqueue.dequeue()
            simqueue.enqueue(kid)
        simqueue.dequeue()
    return simqueue.dequeue()
print(hotPotato(["Bill","David","Susan","Jane","Kent","Brad"],7))

双端队列

概念

　　deque（也称为双端队列）是与队列类似的项的有序集合。它有两个端部，首部和尾部，并且项在集合中保持不变。

 特性

　　deque 特殊之处在于添加和删除项是非限制性的。可以在前面或后面添加新项。同样，可以从任一端移除现有项。在某种意义上，这种混合线性结构提供了单个数据结构中的栈和队列的所有能力。

 注意

　　即使 deque 可以拥有栈和队列的许多特性，它不需要由那些数据结构强制的 LIFO 和 FIFO 排序。这取决于你如何持续添加和删除操作。

Python实现Deque

Deque的抽象数据类型定义：Deque的抽象数据类型应该由以下结构和操作定义。其中元素可以从首部或尾部的任一端添加和移除。Deque操作如下：

• Deque() 创建一个空的新 deque。它不需要参数，并返回空的 deque。
• addFront(item) 将一个新项添加到 deque 的首部。它需要 item 参数 并不返回任何内容。
• addRear(item) 将一个新项添加到 deque 的尾部。它需要 item 参数并不返回任何内容。
• removeFront() 从 deque 中删除首项。它不需要参数并返回 item。deque 被修改。
• removeRear() 从 deque 中删除尾项。它不需要参数并返回 item。deque 被修改。
• isEmpty() 测试 deque 是否为空。它不需要参数，并返回布尔值。
• size() 返回 deque 中的项数。它不需要参数，并返回一个整数

 判断字符串是否为回文

class Dequeue():
    def __init__(self):
        self.items = []
    def addFont(self,item):
        self.items.append(item)
    def addRear(self,item):
        self.items.insert(0,item)
    def isEmpty(self):
        return self.items == []
    def removeFont(self):
        if self.isEmpty():
            return None
        else:
            return self.items.pop()
    def removeRear(self):
        if self.isEmpty():
            return None
        else:
            return self.items.pop(0)
    def size(self):
        return len(self.items)

def isHuiWen(s):
    q = Dequeue()
    for  i in s:
        q.addFont(i)
    while q.size() >1:
        first = q.removeFont()
        last = q.removeRear()
        if first != last:
            return False
    return True
print(isHuiWen('上海自来水来自海上'))